热工基础课后题答案第二版第四章-第五章.doc

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1、第四章思考题1. 循环的热效率公式 和 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”？答： 不对， 必须保

2、证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。4. 下列说法是否正确？为什么？ 熵增大的过程为不可逆过程； 不可逆过程的熵变无法计算； 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的必大于可逆途径的； 工质经历不可逆循环后； 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态

3、和终态就可以计算；（3）不对，S为状态参数，和过程无关，相等；（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。5. 若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大6. 如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？答： 不相同

4、，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。7. 工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。8. 系统在某过程中从热源吸热20 kJ，对外作功25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过

5、程中的熵变满足：即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少，而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。9. 闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10 kJ，同时放出热量5 kJ，问系统的熵变是正、是负还是不能确定？ 答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。习 题41 解: 由热量守恒 由克劳休斯不等式： 它的设计是不合理的42 解：采用电炉取暖时，当采用电动机带动卡诺热泵时，4-3 解： （1）热效率为 （2） 吸热 放热 （3）性能系数 得到 所以 44 解： 对于制冷机 对于热机45 解：

6、理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：由得到热力学能变化为 熵的变化为4-6 解： （1）气体熵变为 热源熵变为 总熵变为 （2）气体熵变为 热源熵变为 总熵变为 （3）气体熵变为 热源熵变为 总熵变为 47 解： （1）由孤立系统熵增原理： 所以有： （2）总功量为： （3）所以 总熵变为： 48 解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以 设终态容积分别为, 联立求解所以有：左侧气体熵变：右侧气体熵变：总熵变为 49解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理：所以

7、该过程是不可能的410 解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热： （2）Q2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变 （3）4-11 解：此过程为等容过程，所以取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中熵不变，此孤立系统的熵变等于熵产，所以有：所以做功能力的损失为： 假设环境温度为20度，所以：4-12 解：根据温度流动的过程方程有：所以空气在压缩过程中的熵变为：所以做功能力的损失为：4-13 解：混合后的温度为： 熵变为： 4-14 解：依题意： 故制冷机得到的功为： 又 所以4-15 解：

8、（1）根据稳定流动的过程方程可得： （2）进口处 出口处 （3） 所以压气机所需的最小有用功为：（4） 作功能力损失为：4-16 解：依题意：所以：4-17 解： （1）冬季 所以 （2）夏季 即 所以 4-18 解：因为 所以该过程为放热过程4-19 解：根据热力学第一定律有：环境的熵变为：选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其熵变等于熵产所以：第五章思考题1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不

9、仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，不等于0。3. 有无0或低于0的蒸汽存在？有无低于0的水存在？为什么？答：有0或低于0的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0的水存在，因为水的三相点温度为0.01，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。4. 25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？答：不可以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT = 0，由此得出结论，水定压汽化时，此结论是否正确？为什么？答：不正确，因

10、为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱和湿空气：相对湿度为100的湿空气。7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。答：未饱和湿空气：干球温度湿球温度露点温度饱和湿空气： 干球温度湿球温度露点温度8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大

11、还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习 题5-2 解：用水蒸气表：，所以为湿饱和蒸汽。 查h-s图得到：53 解：1、查表得： 所以： 2、当时，比容仍然为所以为湿饱和蒸汽。 3、 传出的热量为： 5-4 解：查表得： 所以： 时， 所以为湿饱和蒸汽。 传出的热量为： 5-5 解：查表得到：时1 MPa2 Mpa1.3 MPa(kJ/kg)3157.73137.23151.5

12、5(kJ/kg.K)7.30186.95747.1985理想的绝热过程，熵不变，所以有：,查表得到P2时的参数：,所以干度为：所以出口乏气的焓为：根据稳定流动的过程方程，可得：56 解：查表并插值得到：, 吸热量为： 需要媒量为：57 解：查表得到： 当饱和压力为时， 所以： 查表得到：当时 过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： 查图得到：当，时， 所以：58 解：查表得到： 当饱和压力为时， 所以： 加热后为的干饱和蒸汽 吸热过程为定容过程，所以吸热量为 所需时间为5-9解：MPa、的蒸汽处于过热状态，k1.30由临界压力比可得： 所以 查图表并插值得到：理想绝热过程熵不变

13、，所以有：查表可得： 所以出口速度为：5-10 解： 查表得到：时， 所以：5-11 解：由查表得到： 加热过程比湿度不变，沿定d线到，在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到， 所以干空气的流量为 湿空气的流量为 所消耗的热量为：5-12 解：由查表得到： 沿定d线到在沿定到得到 析出水量为： 沿定d线到得到 加热量为：5-13 解：查表知对应的饱和压力为 对应的饱和压力为 所以5-14 解：由查表得到： 加入的水蒸气的量为： 由及得到：5-15 解：查表知对应的饱和压力为 对应的饱和压力为 所以相对湿度为： 加热到40oC,绝对湿度不变，查表得到：5-16 解: 由查表得到: , 所以： 当冷却到300C时,比容仍为,此时为湿蒸汽: 查表得: 总传热量为 环境的熵变为: 蒸汽熵变为: 金属球的熵变为 总熵变为: